CC BY
144
2007 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА №123
Серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники
УДК 629.735.03
ВЛИЯНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ КАМЕР СГОРАНИЯ ГТД НА ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ НЕЙРОМОДЕЛЕЙ
П.И. РАКОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Чичковым Б.А.
В статье приведены результаты анализа влияния такой неисправности камер сгорания, как обрыв дефлекто-ра(ов) жаровой трубы на характер поведения диагностической нейромодели. В работе использовались временные ряды изменения рабочих параметров двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРДД) ПС-90А.
Для получения сведений о техническом состоянии проточной части авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) представляется справедливым использование диагностических нейромоделей (НМ), т.е. моделей, основанных на нейронных сетях. Но построения одной лишь диагностической НМ для этого не достаточно. Необходимо наличие установленной взаимосвязи между техническим состоянием проточной части ГТД и диагностической НМ. Важно отметить, что в данной работе диагностическая НМ выражается функциональной зависимостью одного из термогазодинамических параметров от наработки ГТД. Иными словами, следует выяснить: возможно ли задачу определения технического состояния проточной части ГТД свести к анализу одной или ряда функциональных зависимостей. Видится уместным допустить, что данный анализ может базироваться на знаниях, полученных в ходе практических исследований конкретных образцов ГТД в различных состояниях. Алгоритму получения этих знаний отведено в представленной работе центральное место.
Ответ на поставленный вопрос подразумевает выполнения ряда мероприятий, в числе которых можно выделить:
построение диагностической НМ исправного ГТД;
построение диагностической НМ неисправного ГТД;
установление связей между различными состояниями ГТД, т.е. между двумя типами НМ.
При построении диагностической НМ неисправного ГТД следует иметь в виду, что неисправность двигателя должна быть единичной. В противном случае, наличие у ГТД ряда неисправностей не позволит однозначно толковать характер поведения той или иной диагностической НМ.
В данной статье рассмотрено такое неисправное состояние ГТД, как обрыв дефлектора жаровой трубы (ЖТ) камеры сгорания (КС). Кроме того, достаточно большое внимание уделено анализу ГТД, в процессе эксплуатации которых неисправностей проточной части в целом и камер сгорания, в частности, выявлено не было. Подробное рассмотрение графиков исправного состояния ГТД является первым шагом алгоритма получения базовых знаний о связи между ГТД и графическим представлением его термогазодинамической модели.
В табл. 1 приведены все исправные и неисправные ТРДД (ПС-90А), рассмотренные в данной работе.
Используя статистические данные по наработке ТРДД ПС-90А, были построены две группы функциональных зависимостей:
1. Графики исправного состояния ГТД (см. рис. 1 - 8).
2. Графики состояния ГТД, имеющих неисправность в виде обрыва дефлектора жаровой трубы КС (рис. 12 - 19).
Для построения графиков использовалось два типа зависимостей:
зависимость отношения давления газа за турбиной низкого давления (ТНД) к давлению воздуха на входе в двигатель (Рт/Рвх) от наработки, т.е. Рт/Рвх = ОД, где 1 - наработка, [ч]; зависимость температуры газа за ТНД от наработки (для неисправного состояния ГТД), т.е. Ттнд = ОД, где 1 - наработка, [ч].
Таблица 1
ТРДД в различных состояниях
№ п/п Обозначение ГТД Техническое состояние ГТД
1 АД-151 ГТД технически исправен
2 АД-248 ГТД технически исправен
3 АД-249 ГТД технически исправен
4 АД-259 ГТД технически исправен
5 АД-277 ГТД технически исправен
6 АД-319 ГТД технически исправен
7 АД-349 ГТД технически исправен
8 АД-117 Обрыв дефлектора № 5 ЖТ КС
9 АД-118 Обрыв дефлектора № 4, 7 ЖТ КС
10 АД-126 Обрыв дефлектора ЖТ КС
11 АД-130 Обрыв дефлектора ЖТ КС
Построение зависимостей Ттнд = ОД видится справедливым обосновать тем фактом, что КС является самым теплонагруженным узлом в ГТД. Следовательно, видится логичным сделать предположение о том, что параметр Ттнд будет довольно чутко реагировать на те изменения технического состояния, которые будут происходить в КС. Эти изменения могут быть как серьезными, так и менее значимыми с точки зрения чувствительности нейромодели.
Таким образом, анализ зависимостей Рт/Рвх = ОД, и Ттнд = ОД может позволить получить более полную картину о протекающих в ГТД термогазодинамических процессах. Иными словами, нельзя исключать тот факт, что сопоставление различных зависимостей одного технического состояния (в данном случае - неисправного ГТД) может позволить выявить некую закономерность в поведении кривых состояния.
Для графиков исправного состояния ГТД видится вполне уместным и логичным предположить, что поведения кривых состояния будет носить плавно изменяющийся характер. Данное предположение справедливо для всех без исключения газодинамических параметров исправного ГТД, в том числе и для параметра Рт/Рвх.
Из представленных на рис. 1 - 7 зависимостей исправного состояния ГТД лишь кривые на рис. 1, 3 и 4 имеют достаточно плавный характер изменения параметра Рт/Рвх. Видится уместным построение для этих кривых схематичного графического представления, которое могло бы позволить в дальнейшем сравнивать его с кривыми состояния ГТД с целью получения сведений о техническом состоянии рассматриваемого ГТД (в частности, о возможности отнесения его к группе технически исправных). Такой схематичный график представлен на рис. 9. Следует также иметь в виду, что данный схематичный график может иметь и ненулевой тренд, т.е. может иметь как положительную, так и отрицательную тенденции поведения параметра Рт/Рвх.
На остальных графиках исправного состояния подобной плавности изменения параметра Рт/Рвх не наблюдается, что позволяет сделать предположение следующего характера: отсутствие плавного тренда у исследуемой кривой состояния не дает оснований говорить о принадлежности исследуемого ГТД к группе неисправных.
Кривые, представленные на рис. 2 и 5, имеют очень высокую степень подобия (рис. 8). Более того, учитывая множество разного рода факторов, влияющих на ГТД в процессе его работы, эти две кривые видится уместным считать условно равными. Такого рода условность видится необходимой с точки зрения качественного анализа кривых, т.к. снятие с ГТД абсолютно одинаковых параметров рабочих процессов является событием практически невероятным. Для этих кривых схематичный график может иметь вид, представленный на рис. 10.
Вышеприведенное предположение можно считать справедливым и для кривых, изображенных на рис. 6 и 7. На этих графиках подобие кривых выражено в меньшей степени, что не мешает сделать предположение о возможном виде схематичного графика, приведенного на рис. 11.
В качестве общего свойства для всех трех схематичных графиков можно отметить отсутствие ярковыраженных вершин. Как уже отмечалось выше, данное обстоятельство видится вполне логичным для исправного состояния ГТД.
Иной характер поведения имеют кривые состояния с обрывом дефлектора ЖТ КС. На рис. 12, 13, 16, 17 можно наблюдать довольно резкий тренд изменения параметра Рт/Рвх. Видится уместным поведение кривых состояния ГТД, изображенных на рис. 12, 13, 16, 17, схематично представить графиком (рис. 20). Необходимо отметить у данного графика-схемы ярко-выраженных вершин. Существенным является то, что две последние вершины на рис. 20 могут находиться как выше, так и ниже первой вершины.
Нельзя не отметить то обстоятельство, что поведение двух кривых состояния ГТД (АД-117 и АД 118) в координатах «Ттнд - наработка» имеют высокую степень подобия. График-схема подобного поведения кривых состояния ГТД может иметь такой вид, как представлен на рис. 21.
У двигателя «АД-130» кривые состояния, построенные в координатах «Рт/Рвх - наработка» и «Ттнд - наработка», имеют очень высокую степень подобия. Это может указывать на наличие тесной взаимосвязи между параметрами Рт/Рвх и Ттнд, когда речь заходит о такой неисправности ГТД, как обрыв дефлектора ЖТ КС.
наработка|
Рис. 1. График состояния ГТД (АД-151)
Рис. 2. График состояния ГТД (АД-248)
Рис. 3. График состояния ГТД (АД-249)
Рис. 5. График состояния ГТД (АД-277)
Рис. 7. График состояния ГТД (АД-349)
Рис. 4. График состояния ГТД (АД-259)
Рис. 6. График состояния ГТД (АД-319)
Рис. 8. Исправные ГТД (АД-248, АД-277)
наработка, ч наработка, ч
Рис. 9. График - схема состояния ГТД Рис. 10. График - схема состояния ГТД
Рис. 11. График - схема состояния ГТД
1.6 1.55 1.5 1.45
О 200 400 600 800 1000 1200 1400 '™0 500 1000 1500
наработка, ч наработка, ч
Рис. 12. График состояния ГТД (АД-117) Рис. 13. График состояния ГТД (АД-118)
(+) статистические данные
Ь + + ++ + ++ +
1.6- + + + ++
АД-118
■I Л£1
Рис. 14. График состояния ГТД (АД-117)
О 500 1000 1500
наработка, ч
Рис. 15. График состояния ГТД (АД-118)
Рис. 16. График состояния ГТД (АД-126)
Рис. 17. График состояния ГТД (АД-130)
наработка, ч
Рис. 18. График состояния ГТД (АД-126)
Рис. 19. График состояния ГТД (АД-130)
Рис. 20. График - схема состояния ГТД
Рис. 21. График - схема состояния ГТД
Из вышесказанного видится уместным заключить:
1. Ряд исправных с точки зрения проточной части ГТД имеют кривые состояния, подобные схематичным графикам, представленным на рис. 9, 10 и 11. Данный факт может свидетельствовать о наличии довольно тесной взаимосвязи между поведением кривой и техническим состоянием ГТД;
2. ГТД с неисправностью в виде обрыва дефлектора ЖТ КС может иметь схематичный график состояния, подобный тому, что представлен на рис. 20.
3. Совместное рассмотрение зависимостей Рт/Рвх = £(1) и Ттнд = £(1), относящихся к состоянию ГТД с обрывом дефлектора ЖТ КС, позволяет выявлять закономерности, свойственные именно этому состоянию двигателя. Данное обстоятельство может способствовать повышению точности идентификации состояния ГТД на предмет наличия неисправности в виде обрыва дефлектора ЖТ КС.
Таким образом, представляется возможным сведение задачи определения технического состояния проточной части ГТД (в частности, наличие обрывов дефлекторов ЖТ КС) к анализу ряда функциональных зависимостей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика.-2-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком,2002.
2. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации; Пер. с польского И.Д. Рудинского. - М.: Финансы и статистика, 2004.
3. Медведев В.С., Потемкин В.Г. Нейронные сети. МЛТЬЛБ 6. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002.
THE INFLUENCE TURBOJETS COMBUSTION CHAMBERS FAULTINESSES ON DIAGNOSTIC
NEUROMODEL CONDUCT CHARACTER
Rakov P.I.
This article contains a few not unfounded suppositions about correlation availability between turbojet technical condition and its diagnostic neuromodel conduct character. Also were shown a few scheme diagrams which reflect turbojet condition’s curve conduct character rather exactly.
Сведения об авторе
Раков Павел Игоревич, 1981 г.р., окончил МГТУ ГА (2004), аспирант кафедры двигателей летательных аппаратов МГТУ ГА, область научных интересов - рабочие процессы, конструкция и прочность авиационных двигателей, диагностика авиационных двигателей.
